RGB 與白光 LED 如何取捨?

本文作者:admin       點擊: 2008-04-14 00:00
前言:
兩難的選擇
當需要為LCD平面顯示器選擇背光照明時,設計者往往面臨應採用白光LED?或是具備較純白光的RGB光源之兩難處境。白光LED驅動器和RGB驅動器是不同的,舉例而言,用於在可攜式電子設備中的顯示器、或通用背光照明應用中驅動低高度RGB LED的無電感低雜訊LED驅動器IC,以及標準白光LED驅動器IC具備不同的效能標準,這是因為RGB LED與白光LED的順向電壓不同,因此需要不同的IC架構。通常RGB LED驅動器會有一個單線ON/OFF介面和3個單獨的電阻可編程LED電流源以控制調光和亮度,此外,其會採用"白光"模式來優化紅光、綠光和藍光LED的電流比,如此,在所有3個RGB LED編程為ON時將可獲得最佳的白色光。

不同背光照明源的取捨
用來為顯示器提供背光照明的冷陰極螢光燈(CCFL)具有有限的色譜,而且色彩不夠鮮明。RGB LED實際上擴展了可見光範圍。另外,在美國國家電視系統委員會(NTSC)定義的顏色中,CCFL能顯示出約80%,而RGB則可顯示出的 NTSC色譜多達110%,因此在顯示幕上能更準確顯示圖像的原貌。採用3個單色光源,如紅色、綠色和藍色(RGB)鐳射,將獲得可能實現的最廣色譜。

另一方面,白光LED背光照明非常適用於掌上型和行動顯示器,因為白光LED外形尺寸小、簡單易驅動、對機械應力不那麼敏感、且與CCFL比較時,預期壽命長兩倍。不過,白光LED在色譜方面與CCFL有同樣的缺點,因為白光LED等於寬頻光源。白光LED是藍光二極體覆蓋螢光粉形成的,它把部分藍光轉變成黃光,組合形成的光譜被視作白光。

與單色光源相比,RGB LED以較低的成本提供了接近窄頻的色譜。RGB LED 不僅改善了色譜,而且還提高了效率,因為RGB LED只按照所需要的紅光、綠光和藍光發射光能。相對而言,寬頻光源)如白光LED和CCFL)發出了較多不需要顏色的光,其降低了色譜的純度,因此降低了效率。既然不同顏色的RGB LED可以單獨驅動,那麼RGB LED的白光點或色溫就可以校正,而CCFL和白光LED的白光點都是固定的。

RGB與白光LED的成本比較
選擇RGB或白光LED作為背光照明源,可能都滿足特定的最終產品需求。但是由於RGB LED較寬的色譜能使畫質提昇至最高,因此使用RGB LED而捨白光LED是有道理的,因為消費者在決定購買哪種型號的LCD TV時,可能會因為色彩鮮明而願意多付錢。不過,使用RGB LED時,方案尺寸更大、更複雜且更加昂貴。然而,如果在採用較寬色譜卻不允許產品提高價格的應用中,透過白光LED解決方案作為背光照明源則是一種可接受的選擇。
 
調光考量
傳統上,LED調光是以DC訊號或濾波PWM訊號調節流經LED的順向電流來達成的。降低LED電流可調節LED光輸出密度。不過,順向電流的變化會導致LED 發光顏色的變化,因為LED的色度隨電流而變。汽車和LCD TV背光照明等多種應用不容許LED的發光顏色有任何偏差。由於周圍環境光線變化不同以及人類肉眼能夠感知光強的微小變化,因此在這些應用中需要寬調光範圍。用PWM訊號控制LED的光強,可以不改變發光顏色而實現LED調光。

"True Color PWMTM調光"通過PWM訊號調節LED亮度。它實質上是以PWM頻率用滿電流接通和斷開LED。請參見圖1。人類肉眼的限制為每秒60個訊框。通過提高PWM頻率(例如提高到80Hz至100Hz),人眼就感覺脈衝光源是連續接通的。另外,通過調變工作周期("接通時間"的長度),可以控制LED的光強。採用這種方法時,LED的發光顏色保持不變,因為LED的電流值或者為零,或者為恒定值。很多LCD TV設計者都要求高達3000:1的調光比,以適應環境光線的寬範圍變化。

圖1:LT3476 PWM/LED電流波形


實用的驅動器解決方案
RGB LED驅動器的一個實例,是凌力爾特的LT3476四組LED驅動器。LT3476 的每個通道都可以驅動多達8顆1A並聯的LED(紅、綠、藍或白),LT3476可實現驅動多達32顆的1A LED,而效率可高達96%。4個通道的每一個都可以各自的True Color PWM訊號獨立工作,實現了高達1000:1的獨立調光比。定頻、電流模式架構在寬廣電源電壓和輸出電壓範圍內實現了穩定操作。使用者將能夠用頻率調節針腳在200kHz至2MHz的頻率範圍內設定頻率以最佳化效率,同時最大限度地減小外部元件尺寸。其散熱強化型5mm x 7mm QFN封裝可為100W LED應用形成接腳佔位非常精小的解決方案,這類應用在大型 LCD TV中是常見的。

LT3476在LED的高壓端感測輸出電流,實現降壓、升降壓或升壓配置。使用者透過一外部感測電阻,便可設定每個通道的輸出電流範圍。4個獨立驅動器通道的每一個都有內部1.5A、36V NPN開關。其他特點包括LED開路保護和熱限制。

另一個實例為凌力爾特的LTC3212,這是一個無電感低雜訊LED驅動器IC,在可攜式電子設備顯示器和照明應用中可驅動低高度RGB LED。RGB LED的順向電壓與白光LED不同,因此需要不同的IC架構。LTC3212具有2.7V至5.5V的寬廣輸入電壓範圍,能夠以每個LED高達25mA的電流驅動3顆LED,為單顆鋰離子/聚合物電池應用而最佳化。LTC3212採用單線ON/OFF介面和3個獨立的電阻可編程LED電流源控制調光和亮度,實現了簡單性和彈性。白光模式可將紅光、綠光和藍光LED的電流比達到最佳化,在所有3個RGB LED都設定為ON 時,提供了最佳白色光。備用模式的靜態電流僅為400uA,更將電池續航力達到最高。

LTC3212的多模充電幫浦具有低雜訊、定頻操作模式,能將漣波減至最低,同時該元件的自動模式切換更使頻率達到最佳化。LTC3212在1x模式供電,在任一LED上感測到壓降時,該元件以倍壓器(2x)模式啟動充電幫浦。內部軟啟動電路可防止浪湧電流,再加上關機斷開、短路保護和熱關機等功能,為該IC和LED提供了額外的操作安全保障。典型應用包括蜂巢式電話和媒體播放器顯示器、按鍵照明、RGB和白光LED背光照明等。

LTC3212採用低高度12接腳DFN(2mm x 3mm x 0.75mm)封裝。該元件僅需3個小型電容和1至3個設定電阻,便能形成一精小的RGB或白光LED電流控制器和電源解決方案。

結論
相較於白光LED,以RGB LED為顯示器提供背光照明時,即使需要更多的 RGB LED(並因此需要更多的RGB LED驅動器),但若以較寬色譜和顏色更準確的圖像為考量點,則增加設計複雜性仍是值得的。因此,設計者在決定採用 RGB、或是白光LED滿足背光照明需求時,所面臨的,實際上是成本與效能取捨問題。

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